本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源領(lǐng)域，涉及一種生物油的生產(chǎn)技術(shù)，特別涉及一種微藻水熱液化制取生物油的連續(xù)式反應(yīng)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

微藻水熱液化技術(shù)(簡(jiǎn)稱HTL)是指利用熱化學(xué)的方法，在有或無催化劑的作用下，在240～350℃，10～20MPa的液相水熱條件下將微藻原料轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)油的過程。HTL是一種非常具有發(fā)展前景的微藻制油技術(shù)，具有許多優(yōu)勢(shì)。首先，對(duì)比傳統(tǒng)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)(如氣化和熱解)，HTL能夠直接將未經(jīng)干燥的濕微藻(含水率為80～90wt％)轉(zhuǎn)換成能量密集的生物質(zhì)油，從而避免了干燥過程附加的高能量消耗，因此具有更低的能量消耗率，特別適合處理微藻等濕生物質(zhì)。其次，HTL不僅可以將微藻中的油脂轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)油，還可最大限度將微藻含有的蛋白質(zhì)和糖類物質(zhì)也轉(zhuǎn)化成高熱值的生物質(zhì)油。同時(shí)微藻具有較高的生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)環(huán)境不占用耕地、較高的脂質(zhì)含量，能夠產(chǎn)生巨大的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。以微藻為原料的生物質(zhì)液體燃料生產(chǎn)技術(shù)具備經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性，已成為該領(lǐng)域主要的發(fā)展趨勢(shì)之一，它對(duì)于緩解環(huán)境污染，提高能源安全具有重要意義。

微藻水熱液化技術(shù)還處于起步階段，目前微藻液化研究主要集中在間歇式反映條件的研究，而連續(xù)式反應(yīng)系統(tǒng)是微藻水熱液化能夠規(guī)模化利用的必然趨勢(shì)。要想實(shí)現(xiàn)微藻水熱液化技術(shù)的規(guī)?；眠€存在需要解決以下問題。首先，液化反應(yīng)后的產(chǎn)品分為氣相、液相、油相和固相，如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的經(jīng)濟(jì)高效分離是急需解決的關(guān)鍵問題。其次，需要降低連續(xù)式反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行成本、提高能量效率；這需要充分回收水熱液化反應(yīng)后的余熱，用反應(yīng)后的余熱來預(yù)熱反應(yīng)前的物料。目前國(guó)際上僅有少數(shù)關(guān)于微藻液化連續(xù)式裝置的研究，國(guó)內(nèi)在這方面的專利主要是間歇式反應(yīng)裝置的研究，水熱液化連續(xù)式反應(yīng)系統(tǒng)的研究還較少。已有的連續(xù)式反應(yīng)裝置還普遍存在系統(tǒng)整體能耗和環(huán)保性較差、產(chǎn)物的連續(xù)分離不夠徹底、不能保證較高的生物油產(chǎn)率等問題。

目前還沒有一種微藻水熱液化制取生物油的連續(xù)式反應(yīng)裝置能夠有效地有效的解決上述問題。鑒于上述問題制約了微藻水熱液化技術(shù)的發(fā)展，因此一些新型反應(yīng)裝置在不斷研發(fā)之中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種微藻水熱液化制取生物油的連續(xù)式反應(yīng)系統(tǒng)及方法，以解決微藻水熱液化制取生物油系統(tǒng)在系統(tǒng)整體能耗高和系統(tǒng)連續(xù)性運(yùn)行上的問題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種微藻水熱液化制取生物油的連續(xù)式反應(yīng)系統(tǒng)，包括進(jìn)行水熱液化反應(yīng)的反應(yīng)器、對(duì)物料進(jìn)行預(yù)熱的兩級(jí)預(yù)熱器，以及固液分離器、氣液分離器、用于分離水相和油相的離心機(jī)和循環(huán)水回路；所述兩級(jí)預(yù)熱器包括一級(jí)預(yù)熱器和二級(jí)預(yù)熱器，依次連接在反應(yīng)器物料入口；所述反應(yīng)器的出口連接固液分離器，所述固液分離器設(shè)置有流體出口和殘?jiān)隹冢凰隽黧w出口與二級(jí)預(yù)熱器連接，以對(duì)二級(jí)預(yù)熱器內(nèi)的物料進(jìn)行預(yù)熱；除去殘?jiān)蟮母邷馗邏毫黧w經(jīng)二級(jí)預(yù)熱器降溫后，經(jīng)氣液分離器分離為氣相和液相，氣液分離器的氣相出口連接儲(chǔ)氣瓶，氣液分離器的液相出口連接離心機(jī)入口，液相經(jīng)離心機(jī)分離為水相和油相，水相經(jīng)冷卻后，存儲(chǔ)在儲(chǔ)液箱內(nèi)，冷卻釋放的熱量經(jīng)循環(huán)水回路連接在一級(jí)預(yù)熱器入口，用于對(duì)一級(jí)預(yù)熱器內(nèi)的物料進(jìn)行預(yù)熱。

所述循環(huán)水回路包括循環(huán)水泵和循環(huán)水箱，所述循環(huán)水泵的一端與冷卻器循環(huán)水入口相連，所述循環(huán)水泵的另一端與循環(huán)水箱連接，所述循環(huán)水箱的另一端連接在一級(jí)預(yù)熱器的循環(huán)水出口。

藻漿通過高壓泵打入到一級(jí)預(yù)熱器內(nèi)。

在高壓泵與一級(jí)預(yù)熱器之間的管路上進(jìn)一步連接有存儲(chǔ)有氫氣和一氧化碳的氣瓶。

所述氣瓶?jī)?nèi)的氫氣和一氧化碳通過第一增壓機(jī)打入到一級(jí)預(yù)熱器內(nèi)。

所述的二級(jí)預(yù)熱器與氣液分離器之間的管路上設(shè)置有背壓閥，除去殘?jiān)蟮母邷馗邏毫黧w經(jīng)二級(jí)預(yù)熱器降溫后，通過背壓閥進(jìn)入到氣液分離器內(nèi)。

一種微藻水熱液化制取生物油的連續(xù)式反應(yīng)方法，包括以下步驟：

(1)物料依次經(jīng)一級(jí)預(yù)熱和二級(jí)預(yù)熱后，在反應(yīng)器中繼續(xù)加熱到反應(yīng)溫度并進(jìn)行水熱液化反應(yīng)；

(2)水熱液化反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物經(jīng)除渣后得到，高溫高壓流體，該高溫高壓流體對(duì)二級(jí)預(yù)熱器內(nèi)的物料進(jìn)行預(yù)熱而自身降溫后，進(jìn)行氣液分離，分離出來的氣相存儲(chǔ)在儲(chǔ)氣瓶中，分離出來的液相經(jīng)離心機(jī)分離為水相和油相，其中，油相存儲(chǔ)在儲(chǔ)油罐內(nèi)，水相經(jīng)冷卻后存儲(chǔ)在儲(chǔ)液箱內(nèi)，而冷卻過程中釋放的熱量經(jīng)循環(huán)水回路對(duì)一級(jí)預(yù)熱器內(nèi)的物料進(jìn)行預(yù)熱。

水熱液化反應(yīng)產(chǎn)生的殘?jiān)?jīng)固液分離器分離后，暫時(shí)儲(chǔ)存在儲(chǔ)渣箱，儲(chǔ)渣箱定期排放反應(yīng)殘?jiān)匠吻宄刂?；?dāng)儲(chǔ)渣箱排渣時(shí)，關(guān)閉儲(chǔ)渣箱的進(jìn)口閥門打開儲(chǔ)渣箱的出口閥門，進(jìn)行排渣，排渣完畢后關(guān)閉出口閥門打開進(jìn)口閥門。

所述氣液分離器的溫度控制在水的飽和溫度以下，確保水不會(huì)以蒸汽的形式混入氣相中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：本發(fā)明通過設(shè)置兩級(jí)預(yù)熱器可以充分利用液化反應(yīng)后的余熱，進(jìn)而降低反應(yīng)系統(tǒng)的整體能耗。此外該系統(tǒng)通過固液分離器、氣液分離器和離心機(jī)的聯(lián)合作用可以連續(xù)、高效地實(shí)現(xiàn)液化產(chǎn)物的分離，無需額外的有機(jī)溶劑對(duì)生物油進(jìn)行分離。相比其他水熱液化系統(tǒng)，本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低、產(chǎn)物分離徹底、系統(tǒng)連續(xù)性好，可以廣泛應(yīng)用于微藻水熱液化生產(chǎn)生物油。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明反應(yīng)系統(tǒng)的示意圖。

圖中：1、儲(chǔ)料箱；2、粉碎機(jī)；3、高壓泵；4、一級(jí)預(yù)熱器；5、二級(jí)預(yù)熱器；6、反應(yīng)器；7、固液分離器；8、儲(chǔ)渣箱；9、第二增壓機(jī)；10、澄清池；11、儲(chǔ)氣瓶；12、儲(chǔ)油罐；13儲(chǔ)液箱；14、冷卻器；15、循環(huán)水泵；16、離心機(jī)；17、氣液分離器；18、背壓閥；19、循環(huán)水箱；20、氣瓶；21、第一增壓機(jī)。

【具體實(shí)施方式】

本發(fā)明公開了一種微藻水熱液化制取生物油的連續(xù)式反應(yīng)系統(tǒng)，通過設(shè)置兩級(jí)預(yù)熱器可以充分利用液化反應(yīng)后的余熱，進(jìn)而降低反應(yīng)系統(tǒng)的整體能耗。此外該系統(tǒng)通過固液分離器、氣液分離器和離心機(jī)的聯(lián)合作用可以連續(xù)、高效地實(shí)現(xiàn)液化產(chǎn)物的分離，無需額外的有機(jī)溶劑對(duì)生物油進(jìn)行分離。相比其他水熱液化系統(tǒng)，本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低、產(chǎn)物分離徹底、系統(tǒng)連續(xù)性好，可以廣泛應(yīng)用于微藻水熱液化生產(chǎn)生物油。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供了一種微藻水熱液化制取生物油的連續(xù)式反應(yīng)系統(tǒng)，包括進(jìn)行水熱液化反應(yīng)的反應(yīng)器(6)、對(duì)物料進(jìn)行預(yù)熱的兩級(jí)預(yù)熱器，以及固液分離器(7)、氣液分離器(17)、用于分離水相和油相的離心機(jī)(16)和循環(huán)水回路。

所述兩級(jí)預(yù)熱器包括一級(jí)預(yù)熱器4和二級(jí)預(yù)熱器5，藻漿經(jīng)過粉碎機(jī)2粉碎后進(jìn)入儲(chǔ)料箱1，儲(chǔ)料箱1的出口連接有高壓泵3，高壓泵3的出口連接在一級(jí)預(yù)熱器4的入口位置，所述高壓泵3用于將粉碎的藻漿打入到一級(jí)預(yù)熱器4內(nèi)。

在高壓泵3與一級(jí)預(yù)熱器4之間的管路上連接有存儲(chǔ)有氫氣和一氧化碳的氣瓶20，所述氣瓶20內(nèi)的氫氣和一氧化碳通過第一增壓機(jī)21打入到一級(jí)預(yù)熱器4內(nèi)，與粉碎的藻漿一起進(jìn)行預(yù)熱。高壓泵3能夠泵入粉碎后的藻漿并精確地控制物料的加入量。此外，所述高壓泵上設(shè)置有變頻器，可以控制物料輸送速率，進(jìn)而控制物料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間。

所述一級(jí)預(yù)熱器4和二級(jí)預(yù)熱器5串聯(lián)連接，其中，二級(jí)預(yù)熱器5的出口連接在反應(yīng)器6物料入口，物料在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行水熱液化反應(yīng)，所述反應(yīng)器的6的出口連接固液分離器7的入口，所述固液分離器7底部設(shè)置有殘?jiān)隹?，頂部設(shè)置有流體出口，水熱液化反應(yīng)產(chǎn)生的殘?jiān)ㄟ^殘?jiān)隹诖鎯?chǔ)在儲(chǔ)渣箱8，該儲(chǔ)渣箱的入口和出口分別設(shè)置有入口閥門和出口閥門，所述出口閥門的另一端通入澄清池10。水熱液化反應(yīng)產(chǎn)生的殘?jiān)?jīng)固液分離器分離后，暫時(shí)儲(chǔ)存在儲(chǔ)渣箱8，儲(chǔ)渣箱8定期排放反應(yīng)殘?jiān)匠吻宄?0中；當(dāng)儲(chǔ)渣箱8排渣時(shí)，關(guān)閉儲(chǔ)渣箱的進(jìn)口閥門打開儲(chǔ)渣箱的出口閥門，進(jìn)行排渣，排渣完畢后關(guān)閉出口閥門打開進(jìn)口閥門。所述儲(chǔ)渣箱的容積遠(yuǎn)小于整個(gè)系統(tǒng)管道容積，因此儲(chǔ)渣箱的排渣對(duì)于系統(tǒng)整體的壓力影響不大，能夠保證整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

固液分離器7的流體出口與二級(jí)預(yù)熱器5連接，以對(duì)二級(jí)預(yù)熱器5內(nèi)的物料進(jìn)行預(yù)熱；除去殘?jiān)蟮母邷馗邏毫黧w經(jīng)二級(jí)預(yù)熱器降溫后，通過背壓閥18進(jìn)入到氣液分離器17內(nèi)。所述氣液分離器的底部設(shè)置有液體出口，頂部設(shè)置有氣體出口，所述氣體出口通過第二增壓機(jī)9與儲(chǔ)氣瓶11連接，所述液體出口連接在離心機(jī)16的入口。固液分離器7可以及時(shí)分離出反應(yīng)殘留的固相，減少由反應(yīng)殘?jiān)鸬脑O(shè)備管路堵塞和磨損。

所述離心機(jī)16的底部設(shè)置有水相出口，頂部設(shè)置油相出口，所述油相出口與儲(chǔ)油罐的入口連接，所述水相出口與冷卻器入口連接，氣液分離器分離出來的液相經(jīng)離心機(jī)分離為水相和油相，水相經(jīng)冷卻后，存儲(chǔ)在儲(chǔ)液箱內(nèi)，可以充作微藻培育的營(yíng)養(yǎng)液，冷卻釋放的熱量經(jīng)循環(huán)水回路連接在一級(jí)預(yù)熱器入口，用于對(duì)一級(jí)預(yù)熱器內(nèi)的物料進(jìn)行預(yù)熱。所述氣液分離器溫度控制在水的飽和溫度以下，確保水不會(huì)以蒸汽的形式混入氣相中。

所述循環(huán)水回路包括循環(huán)水泵15和循環(huán)水箱19，所述循環(huán)水泵的一端與冷卻器14循環(huán)水入口相連，所述循環(huán)水泵的另一端與循環(huán)水箱連接，所述循環(huán)水箱的另一端連接在一級(jí)預(yù)熱器的循環(huán)水出口。

藻漿經(jīng)過粉碎機(jī)2粉碎后進(jìn)入儲(chǔ)料箱1，然后物料由高壓泵3泵入反應(yīng)系統(tǒng)中，同時(shí)儲(chǔ)存在氣瓶20中的還原性氣體(H₂、CO)通過第一增壓機(jī)21加到反應(yīng)系統(tǒng)中，以改善生物油品質(zhì)、提高生物油熱值。反應(yīng)物料經(jīng)過兩級(jí)預(yù)熱器后進(jìn)入反應(yīng)器6中繼續(xù)加熱并發(fā)生反應(yīng)，一級(jí)預(yù)熱器4采用冷卻水相的循環(huán)水來預(yù)熱物料、二級(jí)預(yù)熱器5采用反應(yīng)后的高溫流體來進(jìn)一步加熱物料。物料進(jìn)入反應(yīng)器6后進(jìn)一步加溫并進(jìn)行水熱液化反應(yīng)。反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)入固液分離器7分離殘?jiān)?，殘?jiān)粫簳r(shí)儲(chǔ)存在儲(chǔ)渣箱8中，儲(chǔ)渣箱8定期排放反應(yīng)殘?jiān)匠吻宄?0中；當(dāng)儲(chǔ)渣箱8排渣時(shí)關(guān)閉進(jìn)口閥門打開出口閥門進(jìn)行排渣，排渣完畢后關(guān)閉出口閥門打開進(jìn)口閥門。除去殘?jiān)蟮母邷馗邏毫黧w進(jìn)入二級(jí)預(yù)熱器5來預(yù)熱物料并降低流體溫度。降溫后的流體通過背壓閥18進(jìn)入氣液分離器17進(jìn)行氣相的分離，分離后的氣相經(jīng)過第二增壓機(jī)9直接輸送到儲(chǔ)氣瓶11中；液相(水相和油相)出口與離心機(jī)16進(jìn)口端相連。離心機(jī)16用于水相和油相的分離，分離出的油相儲(chǔ)存在儲(chǔ)油罐12中，循環(huán)水回路設(shè)有循環(huán)水泵15和循環(huán)水箱19，水相進(jìn)入到冷卻器14中通過循環(huán)水進(jìn)行冷卻，冷卻后水相儲(chǔ)存到儲(chǔ)液箱13中。

本發(fā)明的有益效果包括：

1、兩級(jí)預(yù)熱器，一級(jí)預(yù)熱器采用冷卻器的循環(huán)水來預(yù)熱物料、二級(jí)預(yù)熱器采用反應(yīng)后的高溫流體來進(jìn)一步加熱物料；通過設(shè)置的兩級(jí)預(yù)熱器可以降低反應(yīng)系統(tǒng)的整體能耗，進(jìn)而降低反應(yīng)裝置的運(yùn)行費(fèi)用。

2、固液分離器、氣液分離器和離心機(jī)的設(shè)置可以連續(xù)、高效地實(shí)現(xiàn)液化產(chǎn)物的分離，同時(shí)避免有機(jī)溶劑參與分離帶來的能耗增加和污染。

3、固液分離器設(shè)置在反應(yīng)器出口端，換熱器進(jìn)口端；這樣可以及時(shí)分離出反應(yīng)殘留的固相，減少由反應(yīng)殘?jiān)鸬脑O(shè)備管路堵塞和磨損。

4、通過第一增壓機(jī)打入到反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的氫氣和一氧化碳，能夠參與水熱液化反應(yīng)，可以改善生物油品質(zhì)、提高生物油熱值。